JPH1024395A

JPH1024395A - 自動溶接用支持具

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Publication number: JPH1024395A
Application number: JP9041974A
Authority: JP
Inventors: Bushu Tei; 武秀鄭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1998-01-27
Anticipated expiration: 2017-02-26
Also published as: KR970061433A; KR0163265B1; JP2857116B2

Abstract

(57)【要約】【課題】粉塵発生がなく、曲面部溶接可能な自動溶接
用支持具の提供。【解決手段】７０〜９５重量％のＳｉＯ₂ 、２〜１５
重量％のＡｌ₂ Ｏ₃ 、１〜５重量％のＭｇＯ、１．２〜
８重量％のＮａ₂ Ｏ及び／またはＫ₂ Ｏ並びに０．０１
〜０．５重量％の水分を含む、気孔率２５〜４８％及び
耐火度１，４３５〜１，６７０℃のセラミック母材、並
びに該母材上に積層された４０〜７０重量％のＳｉＯ
₂ 、５〜２０重量％のＡｌ₂ Ｏ₃ 、３〜１５重量％のＢ
₂ Ｏ₃ 、８〜２８重量％のＣａＯ、０．５〜４重量％の
アルカリ金属酸化物及び０．０１〜０．５重量％の水分
を含む、厚さ０．３〜１．５mmのガラス繊維体を含むこ
とを特徴とする自動溶接用支持具。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動溶接用支持具
に関し、特に母材補助具としてガラス繊維体が母材面に
積層された、母材材質が改善された自動溶接用支持具に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に自動溶接は、高電流（８５０〜
１，２５０Ａ）、高電圧で行われる溶接手法であり、セ
ラミックス製溶接用支持具の母材自体は耐熱性及び耐熱
衝撃性に優れていることが望ましい。

【０００３】しかしながら、従来の自動アーク溶接用支
持具として用いられてきた、鋳物砂にフェノール樹脂を
覆い１８０℃前後の低温で熱硬化させた固形フラックス
には、溶接時の高熱（約１，５５０℃前後）により支持
具の鋳物砂を覆っているフェノール樹脂が完全に分解燃
焼するという欠点があった。

【０００４】これにより結合力を失った鋳物砂は、溶接
後多量の粉塵を発生させる原因となり、また鋼板に固形
フラックスを取り付けるために第２図のようなマグネチ
ッククランプ２ａを用いるが、これは劣悪の勤労条件に
つながり、生産性低下及び原価上昇要因となる。

【０００５】また固形フラックスの形状は、一個当りの
長さ（ＥＡ）６００mmと完全に規格化されているので、
曲面部のように溶接が難しい部位には適用できない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、粉塵発生が
なく、マグネチッククランプを使用せず、曲面部溶接も
可能な自動溶接用支持具を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の自動溶接用支持
具は、７０〜９５重量％のＳｉＯ₂ 、２〜１５重量％の
Ａｌ₂ ０₃ 、１〜５重量％のＭｇＯ、１．２〜８重量％
のＮａ₂ Ｏ及び／またはＫ₂ Ｏ並びに０．０１〜０．５
重量％の水分を含む、気孔率２５〜４８％及び耐火度
１，４３５〜１，６７０℃のセラミック母材、並びに該
母材上に積層された４０〜７０重量％のＳｉＯ₂ 、５〜
２０重量％のＡｌ₂Ｏ₃ 、３〜１５重量％のＢ₂ Ｏ₃ 、
８〜２８重量％のＣａＯ、０．５〜４重量％のアルカリ
金属酸化物及び０．０１〜０．５重量％の水分を含む、
厚さ０．３〜１．５mmのガラス繊維体を含むことを特徴
とする。

【０００８】また、本発明の自動溶接用支持具は、前記
の母材が、石英、トリジマイト及び／またはクリストバ
ライトを含有していてもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に係るセラミック母材の主
成分であるＳｉＯ₂ は、セラミック母材中に７０〜９５
重量％含まれる。この範囲に規定した理由は、７０重量
％未満では耐熱性が低下し、過大スラグを発生してイン
ナービードを生成し、また溶解物が多いのでアーク熱が
不安定になり、アンダーカット、スパッタリングという
融点欠陥をもたらし、また９５重量％を超える場合はス
ラグの流動性が少なくなるので均一のインナービードが
生成できず、スラグの剥離性が低下され、スラグの巻か
れ現象等が発生するからである。

【００１０】次に、本発明に係るセラミック母材中に含
まれるＡｌ₂ Ｏ₃ の含有量は、セラミック母材の耐火度
を高めて自動溶接時の高熱に耐えられるようにし、溶接
時に生成されるスラグの粘性を高めて均一バックビード
を有するように２〜１５重量％の範囲である。この範囲
に規定した理由は、２重量％未満ではスラグの剥離性が
弱く、溶接の後バックガウジングを行う必要があり、１
５重量％を超える場合は耐火度が高くなりすぎ、スラグ
の粘性が低くなりスラグの巻かれ現象であるアンダーカ
ットが発生し、またスパッタリング、オーバーラップ等
のような溶接欠陥も発生するからである。

【００１１】また、本発明に係るセラミック母材中に含
まれるＭｇＯは、作用的にはＡｌ₂Ｏ₃ と類似する成分
であり、セラミック母材の耐熱性を高め、スラグの薄性
を良好にする成分である。ここでＭｇＯの含有量は１〜
５重量％であり、この範囲に規定した理由は、１重量％
未満では溶融金属の粘性が低くなりスラグの剥離性が低
下し、多量のアンダーカット及びオーバーラップ等が生
じ、また５重量％を超える場合は溶融金属の粘性が過大
になりガス放出が困難になりフローフォール、スパッタ
リング、くぼみ等の溶接欠陥の発生を招くからである。

【００１２】次に、本発明に係るセラミック母材中に含
まれるＮａ₂ ＯやＫ₂ Ｏは、セラミック母材内でフラッ
クス作用とセラミック母材の塑性範囲を広げる作用をす
る成分である。ここでＮａ₂ ＯやＫ₂ Ｏの含有量は１．
２〜８重量％であり、この範囲に規定した理由は、１．
２重量％未満ではスラグの粘性が低くなりスラグの剥離
性が缺如し、生成されたインナービードの巻かれ現象す
なわち多量のアンダーカットという溶接欠陥が発生する
反面、８重量％を超える場合はセラミック母材をガラス
化し、急熱、急冷の際の熱衝撃抵抗性を低下させるから
である。

【００１３】また、本発明に係るセラミック母材中に含
まれる水分は、０．０１〜０．５重量％であるが、この
範囲に規定した理由は、セラミック母材の水分含量が溶
接時のフローホールやくぼみに大きな影響を与えるから
であり、０．５重量％を超える水分がセラミック母材内
に存在する場合には溶接時に瞬間的にセラミック母材か
らの水分を溶融金属が吸湿しバックビード内に多量の微
細気孔を発生させるからである。なお、この水分は、大
気中の水分を吸収することにより、セラミック母材表面
や気孔中に存在するものである。

【００１４】次に、本発明に係るセラミック母材の気孔
率は、２５〜４８％である。この範囲に規定することに
より、セラミック母材の急熱や急冷による熱衝撃抵抗力
が増加し、特に溶接時にセラミック母材が破損すること
なく溶融金属の支持が可能となる。気孔率が２５％未満
の場合、セラミック母材が緻密すぎてセラミックスがガ
ラス化し、ガスが容易には放出されなくなり、熱衝撃に
よりセラミックスが破損し易くなり、反対に４８％以上
の場合、セラミック母材の機械的強度が低下して外部衝
撃による破損が生じる恐れがあり、大気中に存在する水
分を吸収して溶接時のバックビード内微細気孔を形成さ
せる原因となる。なお、この気孔率は、次式で定義され
る。気孔率＝（Ｗ₃ −Ｗ₁)／（Ｗ₃ −Ｗ₂)×１００（Ｗ₁ ：乾燥重量、Ｗ₂ ：水中重量、Ｗ₃ ：水から引き
上げたときの飽水重量）

【００１５】本発明に係るセラミック母材の耐火度は、
１，４３５〜１，６７０℃（ＳＫ１５〜３０番）であ
る。一般的に自動溶接は約１，５５０℃前後の高温で行
われるが、１，４３５℃（ＳＫ１５番）以下の耐火度の
場合はスラグを過剰発生して溶融金属内部へセラミック
構成成分が溶入してしまうために溶接鋼の純度が低下す
る反面、１，６７０℃（ＳＫ３０番）以上の耐火度の場
合はスラグ発生が抑制されすぎ溶接後にセラミック母材
がスラグに貼り付いて鋼から剥離せず、そのためにバッ
クガウジングという二重作業をする必要があるからであ
る。

【００１６】その他、本発明に係るセラミック母材は、
Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、ＴｉＯ₂ 、Ｌｉ₂ Ｏ、ＣａＯ、ＺｒＯ₂ 等
のような金属酸化物の１種以上を０．５〜５重量％含有
していてもよい。

【００１７】本発明に係るガラス繊維体は、ＳｉＯ₂ を
含有し、その含有量は４０〜７０重量％である。この範
囲に規定した理由は、４０重量％では耐熱性が低下し、
ガラス繊維が過大に溶融し、多量のガスが発生し、スラ
グの過剰生成によるスラグの剥離低下、フローホール、
くぼみ等の溶接欠陥の原因となり、また７０重量％を超
える場合はガラス繊維の弾性が低下し、曲がり強度が著
しく低下し、ガラス繊維の破壊により溶接時のセラミッ
ク母材が溶融金属から保護されず、スラグの流動性が低
下して多量のアンダーカットやオーバーラップ等の欠陥
が発生するからである。

【００１８】次に本発明に係るガラス繊維体中に含まれ
るＡｌ₂ Ｏ₃ の含有量は、５〜２０重量％である。この
範囲に規定した理由は、５重量％未満では耐熱性が低す
ぎ多量の溶融金属とスラグ生成を起こしガス放出を困難
にし、スラグの剥離低下及びフローホールのような欠陥
をもたらす反面、２０重量％を超える場合はガラス繊維
体の耐火度が高すぎてスラグの流動性低下を招き、アン
ダーカットのような溶接欠陥が発生するからである。

【００１９】また、本発明に係るガラス繊維体中に含ま
れるＢ₂ Ｏ₃ の含有量は、３〜１５重量％である。この
範囲に規定した理由は、Ｂ₂ Ｏ₃ はガラス繊維内でフラ
ックス作用をしてガラス繊維の塑性範囲を広げる役割を
するが、３重量％未満ではスラグの流動性が低下してス
ラグの剥離性が缺如し、生成したインナービードの巻か
れ現象が発生する反面、１５重量％を超える場合はガラ
ス繊維の曲がり強度が低下し、ガラス繊維が細砕し、バ
ックビード形状が必要以上広く深く形成され、ワイヤが
多量消耗されて原価上昇を招くからである。

【００２０】次に、本発明に係るガラス繊維体中に含ま
れるＣａＯの含有量は、８〜２８重量％である。作用的
にはＣａＯはＢ₂ Ｏ₃ と類似する成分であり、ガラス繊
維体の耐熱性、機械的強度、塑性範囲等を調節する。こ
こで、含有量をこの範囲に規定した理由は、８重量％未
満ではスラグの流動性が低下し、スラグの剥離性が缺如
し、インナービード巻かれ現象によってアンダーカット
が発生する等の溶接欠陥を招く反面、２８重量％を超え
る場合は耐火度が低くなるため溶融物が過大となりスラ
グが過剰生成してガスが大量発生し、そのガスの一部が
水分と化学反応を起こして溶接後にビード内に気泡をも
たらし、致命的な溶接欠陥を招くからである。

【００２１】また、本発明に係るガラス繊維体は、Ｎａ
₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏ、Ｌｉ₂ Ｏのアルカリ金属酸化物を含有し
ていてもよく、好ましくはその含有量は０．５〜４重量
％である。アルカリ金属酸化物は、ガラス繊維の引張強
度、圧縮強度、曲がり強度等のような機械的性質及び成
形性に関して重要な成分である。

【００２２】次に、本発明に係るガラス繊維体の水分含
有量は、０．０１〜０．５重量％である。この範囲に規
定した理由は、水分含有量はセラミック母材と同様に溶
接欠陥に影響を及ぼすが、０．５重量％を超える場合は
溶接時のバックビード内に多量の水分が浸透し、溶接
後、ビード内に多量の微細気孔が発生するからである。
なお、この水分は、大気中の水分を吸収することによ
り、ガラス繊維体表面や気孔（繊維組織間を含む）中に
存在するものである。

【００２３】また、本発明に係るガラス繊維体の厚さ
は、０．３〜１．５mmであるのが好ましい。ガラス繊維
体はアーク熱により発生するガスの放出を容易にし、溶
接欠陥を防ぐ役割をするが、その際、ガラス繊維の厚さ
により作用効果が異なる。０．３mm以下の場合は鋼とセ
ラミック母材との緩衝作用が得られず、また、溶接の際
早い段階で溶融してしまいセラミック母材の露出及びガ
ス放出が困難となり、バックビード内にくぼみが露出し
スラグの剥離を低下させる反面、１．５mmを超える場合
はガス放出が容易となるが、厚すぎるため、溶接後、ガ
ラス繊維がセラミック母材上に残存し、バックビードの
広さ及び深さ等の調節が困難になる。

【００２４】また、このガラス繊維体は、ガラス繊維を
１重または多重にしたものでもよい。

【００２５】次に、本発明に係るセラミック母材の製造
方法を説明する。先ず、使用する原料は、例えば６０〜
８０メッシュの粒度分布を有するα−石英、トリジマイ
トやクリストバライトを用いる。また、天然のこれら鉱
物は、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ、Ｎａ₂ Ｏ、Ｆｅ
₂ Ｏ₃ 、ＴｉＯ₂ 、Ｌｉ₂ ＯやＺｒＯ₂ 等を含有してい
るものもあるので、この場合はこれらを利用すれば準備
すべき原料の種類が減り好ましい。

【００２６】また、各成分に対応した複数の原料を用い
てもよい。例えば、ＳｉＯ₂ 源として、シリカ、カオリ
ン、長石、雲母、滑石、ムライト等、Ａｌ₂ Ｏ₃ 源とし
て、アルミナ、カオリン、ムライト、ボーキサイト等、
ＭｇＯ源として、コージェライト、酸化マグネシウム、
滑石等、Ｎａ₂ Ｏ源として、ソーダ長石、酸化ナトリウ
ム、水ガラス等、Ｋ₂ Ｏ源として、カリ長石、チタン酸
カルシウム、カリ物ガラス等が挙げられる。その他の成
分に関しては、Ｌｉ酸化物、酸化鉄、チタン酸バリウ
ム、チタニウム、ルチル、珪酸ジルコン及びジルコニア
等を用いてもよい。

【００２７】このような原料から、既知の製造方法によ
りセラミック母材を製造する。例えばシリカを６０〜８
０メッシュに粉砕し、ソーダ長石、カリ長石、アルミナ
を所定の比率で配合し３２５メッシュ以下へ粉砕し、両
者を混合する。

【００２８】その後、例えば、この原料粉末に、ポリビ
ニルアルコール（ＰＶＡ２０５）、ステアリン酸、パラ
フィンワックス、ナフタリンやおがくず等の添加物を加
え、オーブンにより９０〜１１０℃で８〜２４時間乾燥
し、４０トンの機械圧力により一個当り成形圧力１０〜
３０kgf/cm² で所定形態により圧搾成形した後、再度オ
ーブンにより９０〜１１０℃で２４時間乾燥し、１，１
８０〜１，３５０℃で６〜１４時間塑性する。なお、水
分量は、気孔率の調節により所望の範囲に調節しうる。
また、水分含量の測定は、ＫＳＬ５５０２試験方法に準
じて行い、乾燥機で１１０℃に加熱し２時間後に測定す
る〔水分量＝（当初重量−乾燥重量）／乾燥重量×１０
０％〕。その後に包装する。

【００２９】次に、本発明に係るガラス繊維体の製造方
法を説明する。ＳｉＯ₂ ：４０〜７０％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：
５〜２０％、Ｂ₂ Ｏ₃ ：３〜１５％、ＣａＯ：８〜２８
％にＮａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏ、Ｌｉ₂ Ｏ等のようなもう一つア
ルカリ金属酸化物１種以上を０．５〜４％重量％を含み
ながら編織されたガラス繊維シートを１重〜１０重に重
ねて０．３〜１．５mmの厚さとし、水分含量が０．０１
〜０．５％としてガラス繊維積層板を製造する。なお、
水分量は、気孔率の調節により所望の範囲に調節しう
る。

【００３０】ここで上記のＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｂ₂
Ｏ₃ 、ＣａＯとＮａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏ、Ｌｉ₂ Ｏ中１種以上
の純粋原料となったガラス繊維のかわりに上記の組成成
分の各々を含有している鉱物質を混合使用して、本発明
ガラスを製造することができる。

【００３１】原料としては例えば、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ
₃ 源としては前記のセラミック母材で挙げたものがあ
り、Ｂ₂ Ｏ₃ 源として硼砂や硼酸等が挙げられ、ＣａＯ
源としては石灰石、白雲石、消石灰、蛍石、珪石灰等が
挙げられる。

【００３２】このような原料を用いて、既知の製造方法
によりガラス繊維体を製造する。以上のように製造され
た上記のセラミック母材（１）を通常のアルミニウムテ
ープ（２）上に密着させ、上記のガラス繊維積層板
（３）を上記のセラミック母材（１）の上面に密着さ
せ、本発明の自動溶接支持具を有する。

【００３３】上記にしたがい、製造されたセラミック母
材の上面に、上記にしたがい製造されたガラス繊維体を
密着させ、更にアルミニウムテープをセラミック母材に
密着させる。このようにして、図１に示すような本発明
の自動溶接用支持具が得られる。

【００３４】本発明の自動溶接用支持具において、セラ
ミック母材は溶融金属を保護し、一定の幅と深さ等を有
するバックビードを形成する役割をし、ガラス繊維は鋼
材にセラミック母材が完全に密着するような緩衝材とし
て働き、溶接時に発生するガスを容易に放出し、アンダ
ーカット、スパッタリング、オーバーラップ等とような
溶接欠陥を防止して、良好なバックビード及び形状を有
するよう補助する役割をする。

【００３５】

【実施例】表１及び表３に示すように、本発明に係る自
動溶接用支持具のセラミック母材とガラス繊維体の組成
成分を変えて各種試験を行った。図１に示すように、通
常の鋼に支持具を取り付ける役割をし、かつ溶接時に発
生するガスを放出するテークホールを多数有するアルミ
ニウムテープ（２）をセラミック母材（１）の低面に取
り付け、またセラミック母材（１）の上部面にはガラス
繊維体（３）を取り付け、下記の溶接条件の下で各種試
験を行い、その結果を表２及び表４に示した。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】溶接条件：（１）溶接ワイヤ及びフラックス・Ｌ−８＊Ｓ−７０７・ＵＳ−４０＊ＭＦ−１００Ｎ・Ｙ−Ｂ＊ＹＢ−１５０（２）溶接電圧（Ｖ）：３３（３）溶接電流（Ａ）：９００（４）鋼厚さ：１６mm （５）鋼線突出長さ：１５mm （６）適正ギャップ：２〜３mm （７）溶接姿勢：下向き姿勢

【００４１】表２の試験結果によれば、セラミック母材
が本発明の範囲内に属する例４〜９では、溶接ビード外
観とスラグ剥離性及びその他溶接欠陥が全く発生してい
ない溶接ビードを有することが判明した。

【００４２】その反面、本発明の範囲外である例１〜３
及び例１０は多くの欠陥を有するものである。例１〜３
については、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ量が多く、相対的にＳ
ｉＯ₂ 量が少ないため、セラミック母材の耐火度が必要
以上高くなり溶融金属の粘性が低下した。したがって、
溶接後スラグ巻かれ現象やビード外観のくぼみ形状等の
溶接上の欠陥を招き、また気孔率が低くセラミック母材
の耐熱衝撃性が低下したため、溶接後セラミック母材が
容易に破損した。また、例１０については、溶接ビード
形状及び外観は比較的良好であったが、ＳｉＯ₂ 添加量
が過剰であるためセラミック母材の機械的強度が著しく
低下し、セラミック母材の一部が熱衝撃及び外圧に対し
て容易に破損し、溶接後粉塵が発生した。また、水分含
量が高すぎ、溶接時に水分がビード内に微細気孔として
存在し溶接欠陥を招いた。

【００４３】また、表４の試験結果によれば、ガラス繊
維体が本発明の範囲に属する例１４〜１８では、自動溶
接用支持具として良好の溶接ビードを有することが判明
した。その反面、本発明の範囲外である例１１〜１３及
び例１９〜２２では、多くの溶接欠陥が発生した。例１
１〜１３については、ＳｉＯ₂ 量が少なく、Ａｌ₂ Ｏ₃
及びＢ₂ Ｏ₃ 量が多いため、ガラス繊維体の機械的強度
である曲がり強度が低下し、著しい高耐熱性を示した。
そのため、ガラス繊維が細砕し、バックビード形状が必
要以上に広く深く形成され、また、ガラス繊維体の耐熱
性向上によるスラグの粘性の低下によりスラグの巻かれ
現象やオーバーラップ等の溶接欠陥が生じた。また、例
１９では、ＳｉＯ₂ 量が多く、Ａｌ₂ Ｏ₃ 及びＢ₂ Ｏ₃
量が少ないのでガラス繊維体の耐熱性が低下し、そのた
めスラグが過剰発生し、ガス放出が困難になり、フロー
ホール、スパッタリング、スラグの剥離低下等の溶接欠
陥が生じた。また例２０では、ガラス繊維体の厚さが薄
すぎて溶接時に発生するガス放出が困難になり、くぼみ
やスラグの剥離性低下等の溶接欠陥を招き、例２１及び
例２２では、ガラス繊維厚さが必要以上厚すぎてバック
ビードの広さや深さ等を調節するのが困難であり、溶接
時にガラス繊維体がセラミック母材上に残存し、オーバ
ーラップ、スラグの巻かれ現象、フローホール等のよう
な溶接欠陥を招いた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動溶接用支持具である。

【図２】従来の自動溶接用支持具である。

【符号の説明】

１セラミック母材２アルミニウムテープ２ａマグネチッククランプ３ガラス繊維体４鋼材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】７０〜９５重量％のＳｉＯ₂ 、２〜１５
重量％のＡｌ₂ ０₃、１〜５重量％のＭｇＯ、１．２〜
８重量％のＮａ₂ Ｏ及び／またはＫ₂ Ｏ並びに０．０１
〜０．５重量％の水分を含む、気孔率２５〜４８％及び
耐火度１，４３５〜１，６７０℃のセラミック母材、並
びに該母材上に積層された４０〜７０重量％のＳｉＯ
₂ 、５〜２０重量％のＡｌ₂Ｏ₃ 、３〜１５重量％のＢ₂
Ｏ₃ 、８〜２８重量％のＣａＯ、０．５〜４重量％の
アルカリ金属酸化物及び０．０１〜０．５重量％の水分
を含む、厚さ０．３〜１．５mmのガラス繊維体を含むこ
とを特徴とする自動溶接用支持具。
【請求項２】該母材が、石英、トリジマイト及び／ま
たはクリストバライトを含有する、請求項１記載の自動
溶接用支持具。